基于P87C591的CAN总线超声测距系统设计方案

文章摘要：1.2 超声波传感器发射部分超声波传感器发射部分硬件电路如图3所示。图3 超声波传感器发射部分LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机之中。它是一个三级放大电路。本部分硬件电路相对简单，主要就是利用LM386的驱动放大功能将单片机产生的40 kHz方波放大输出。因为在智能超声波节点控制系统中单片机的工作相对较少，为节省硬件，不妨将40 kHz方波的产生这部分工作交由单片机的定时器来完成，这样只需十分简单的硬件电路即可完成。UST1为超声波发射头。1.3 超声波传感器接收部分超声波传感器接收部分的

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1.2  超声波传感器发射部分

　　超声波传感器发射部分硬件电路如图3所示。

图3  超声波传感器发射部分

　　LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机之中。它是一个三级放大电路。

　　本部分硬件电路相对简单，主要就是利用LM386的驱动放大功能将单片机产生的40 kHz方波放大输出。因为在智能超声波节点控制系统中单片机的工作相对较少，为节省硬件，不妨将40 kHz方波的产生这部分工作交由单片机的定时器来完成，这样只需十分简单的硬件电路即可完成。UST1为超声波发射头。

1.3  超声波传感器接收部分

　　超声波传感器接收部分的硬件电路如图4所示。

图4  超声波传感器接收部分

　　电路采用集成电路CX20106A。这是一款红外线检波接收的专用芯片，常用于电视机红外遥控接收器。考虑到红外遥控常用的载波频率38 kHz与测距超声波频率40 kHz较为接近，可以利用它作为超声波检测电路。实验证明，其具有很高的灵敏度和较强的抗干扰能力。适当改变C1的大小，可改变接收电路的灵敏度和抗干扰能力。R1和C1控制CX20106A 内部的放大增益，R2控制带通滤波器的中心频率。一般取R1=4.7 Ω，C1=1 μF。其余元件按图4取值。US_R1为超声波接收头，当收到超声波时产生一个下降沿，接到单片机的外部中断INT0上。

　　当超声波接收头接收到40 kHz方波信号时，将会将此信号通过CX20106A驱动放大送入单片机的外部中断0口。单片机在得到外部中断0的中断请求后，会转入外部中断0的中断服务程序进行处理，在移动机器人的避障工作中，可以在中断服务程序设定需要单片机处理的最短距离，比如0.5 m。对于距离大于0.5 m的障碍物，可以不做处理直接跳出中断服务程序；对于距离小于或等于0.5 m的障碍物信息，则在中断服务程序中进行处理并通过CAN总线上报机器人系统控制核心，由机器人系统控制核心发出命令指导机器人的避障动作。对于多超声波传感器系统，每一个超声波传感器在判断到对机器人行动有障碍物时可分别在其中断服务程序中对障碍物信息进行简单处理，上报给机器人系统控制核心的信息可以相对简单，只需机器人系统控制核心控制机器人的实际动作，比如左转30°，而不必机器人系统控制核心再次进行计算，这样
会节省大量系统资源去作其他更为复杂的工作。

1.4  CAN总线设计部分

　　CAN总线设计部分的硬件电路如图5所示。

　　TJA1040是Philips半导体公司生产的完全可替代PCA82C250的高速CAN总线收发器。该器件提供了CAN协议控制器和物理总线之间的接口，以及对CAN总线的差动发送和接收功能。TJA1040具有优秀的EMC性能，而且在不上电状态下有理想的无源性能；它还提供低功耗管理，支持远程唤醒。值得一提的是TJA1040的自动防故障功能，在引脚TXD上提供了一个向VCC的上拉，使引脚TXD在不使用时保持隐性电平。引脚ＳＴＢ提供了一个向ＶCC的上拉，当不使用引脚ＳＴＢ时，收发器进入待机模式。如果VCC掉电，引脚ＴＸＤ、ＳＴＢ和ＲＸＤ就会变成悬浮状态，防止通过这些引脚产生反向电流。

　　这部分电路硬件相对简单，但对于CAN总线的抗干扰能力需特别注意。本设计主要突出以下几点：

　　图中6N137是光电耦合器，P87C591的RXDC脚（即P1.0口）作为CAN接收器的输入脚，TXDC口（即P1.1口）作为CAN发送器的输出脚，都通过6N137连接至CAN发送器TJA1040。采用光电耦合器6N137的目的是增强CAN总线节点的抗干扰能力，这样的设计可以很好地实现总线上各CAN节点间的电气隔离。但要注意的是，光耦部分电路所采用的两个电源VCC和V必须完全隔离，否则光耦就失去了意义。可采用专用的电源隔离模块来实现。

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